11. Общие представления о вселенной. Модели нестационарной вселенной.

Вселенная – вся окружающая нас часть материального мира, доступная наблюдению. Вселенная содержит разнообразные типы объектов, различающиеся размерами и массой, - от элементарных частиц, атомов и молекул в малых масштабах до планет, звезд, галактик, скоплений галактик и дисперсионного вещества (газа, пыли) в больших масштабах, а также физические поля. Астрономия как наука о строении и развитии космических тел и всей вселенной включает два раздела: космогонию и космологию. Космогония – учение о происхождении и эволюции космических тел и их систем (планет солнечной системы в целом, звезд, галактик и т.д.) Космология – учение о вселенной как целом, основанное на исследований той ее части, которая доступна для астрономических наблюдений.

В зависимости от средней плотности вещества и излучения во вселенной возможны три модели ее эволюции, получившие название моделей Фридмана. В первой модели предполагается, что масса вещества и излучения во вселенной больше некоторой критической. Тогда в соответствии с ОТО вселенная должна расширяться, причем скорость расширения оказывается небольшой, что позволяет за счет работы сил гравитационного притяжения между различными космическими объектами замедлять расширение вселенной до его полного прекращения. После этого космические объекты начинают приближаться друг к другу, и вселенная начинает сжиматься. Во второй и третьей моделях, когда масса вещества и излучения во вселенной равна или меньше критической соответственно, вселенная должна неограниченно расширяться.

В 1927 году ж. Леметр показал, что в прошлом, когда вселенная имела минимальные размеры, плотность вещества вселенной достигала 10⁹³ г/см³. Вещество в таком сверхплотном состоянии было названо протоатомом, а его состояние – сингулярным. По каким-то причинам протоатом оказался в неустойчивом состоянии и взорвался, что явилось причиной расширения Вселенной. Концепция эволюции вселенной, основанной на предположении о взрыве протоатома, получила название концепции Большого взрыва.

В 1929 году Хаббл по красному смещению спектральных линий в спектре излучения галактик обнаружил, что расстояния между галактиками все время увеличиваются. Это означало, что теоретический вывод Фридмана получил экспериментальное подтверждение. Хаббл установил эмпирический закон, согласно которому скорость удаления галактики ν прямо пропорциональна расстоянию r до нее: ν=Hr, где Н – постоянная Хаббла. H=50 100 км/(с*Мпк)=(1,6 3,2)*10^-18с^-1. Величина, обратная постоянной Хаббла, =1/Н называется космологическим временем, определяющим возраст вселенной.

12. Звезды и галактики.

1-я реакция ТС (при Т=10⁹-10¹⁰ К) – образование ядер гелия; 2-я реакция ТС – образование ядер углерода, гелиевая вспышка, увеличение размеров звезды до 200-300 раз, образование красного гиганта, дальнейшее увеличение Т, синтез средних и тяжелых элементов. Т при которой происходит синтез железа, энерговыделение резко сокращается, уменьшение звезды. Если масса <1.4 массы Солнца: образование белого карлика -> черный карлик. Если масса >1.4 массы Солнца: с огромной скоростью происходит сжатие центральной части звезды, на определенном этапе сжатия происходят силы отталкивания -> взрыв - вспышка сверхновой звезды, синтез всех тяжелых химических элементов, следующих за железом -> нейтронная звезда или черная дыра. Галактики представляют собой стационарные гравитационно-связанные звездные системы. Наша содержит 2*10¹¹ звезд.

13. Солнечная система. Происхождение и строение земли.

Солнце является космическим телом, объединяющим большое количество различных космических объектов в Солнечную систему, в которую входят 8 планет со своими спутниками, около 40 тысяч астероидов, комет, метеоритов и т.п. Радиус солнечной системы равен 4.5 млрд км, он совпадает со средним расстоянием от солнца до самой далекой планеты – Нептуна.

Планеты солнечной системы делятся на 2 группы: планеты земного типа – Меркурий, Венера, Земля, Марс; и планеты-гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Между Марсом и Юпитером находится пояс или кольцо астероидов.

Центр массы Солнечной системы практически совпадает с центром массы Солнца, так как масса Солнца составляет 99,87% от массы всей Солнечной системы. Астрономическая единица длины = 149,6 млн км – расстояние от центра солнца до центра земли.

Теории происхождения планет:

1. 1755 год И. Кант: Солнце и планеты Солнечной системы образовались в результате эволюционного развития холодной пылевой туманности.

2. 1796 год П. Лаплас: Исходным материалом для образования солнечной системы была горячая газовая туманность. Сжимаясь под действием гравитационных сил, туманность начинала вращаться быстрее. В экваториальном поясе возникли вследствие этого большие центробежные силы инерции, которые вызвали последовательное отделение колец матери, превратившихся в результате охлаждения и сжатия в планеты.

3. 1943 год О.Ю. Шмидт: планеты Солнечной системы образовались из холодного газово-пылевого облака. Вращаясь вокруг Солнца, газово-пылевое облако сконцентрировалось вблизи экваториальной плоскости, причем в зоне близкой к Солнцу, скопились частицы пыли. С ростом плотности вещества в экваториальной плоскости гравитационное взаимодействие между частицами стало настолько сильным, что слой материи стал неустойчив и распался на отдельные области, из которых в конечном итоге образовались планеты.

Планета Земля: представляет собой сплющенный со стороны полюсов и растянутый в экваториальной зоне эллипсоид. Внутренняя структура Земли:

1. Земная кора средней толщины около 50 км

2. Мантия, простирающаяся до глубины приблизительно 2900 км

3. Ядро радиусом около 3500 км

Земную кору покрывает гидросфера и атмосфера, масса которой приблизительно равна 1% от массы земли. Земная кора состоит из осадочного слоя, гранитного слоя и базальтового слоя, океаническая из осадочного и базальтового слоя. Ниже базальтового слоя начинается мантия земли: верхняя толщиной 800-850 км, нижняя мантия, толщиной около 2000 км.

14. Гипотезы происхождения жизни.

Креационизм – биологическая концепция, трактующая многообразие форм органического мира как акт божественного творения (К. Линней, Ж. Кювье). Панспермизм предполагает занесение жизни на поверхность Земли из космоса либо в виде спор микроорганизмов, либо путем намеренного заселения планеты разумными пришельцами из других миров (Г. Рихтер, С. Аррениус). Витализм предполагает обусловленность жизненных явлений в биологических системах присутствием в них особой нематериальной, непознаваемой сверхъестественной силы (Г. Шталь, Х. Дриш, Э. Синнот). Эволюционизм утверждает, что разрыва между живой и неживой природой не существует и что жизнь возникла на Земле, когда сложилась благоприятная совокупность физических и химических условий, сделавших возможным образование органических веществ из неорганических (Ж.-Б. Ламарк, Ч. Дарвин).

15. Основные принципы эволюции жизни.

1. Изменчивость биологических систем характеризует их способность приспосабливаться к меняющимся факторам внутривидовой конкуренции. При изменении условий окружающей среды живые организмы в целях выживания вынуждены пытаться изменить себя.

Мутационная изменчивость может иметь место при существенных изменениях условий окружающей среды. Она ведет к структурным изменениям генетического материала, ответственного за трансляцию видовых признаков последующим поколениям живых организмов.

Комбинативная изменчивость связана с двуполым размножением, когда потомством наследуются индивидуальные признаки родителей в различных сочетаниях. Это приводит к проявлению новых признаков у живых организмов и, следовательно, расширяет внутривидовое разнообразие, что повышает степень жизнеспособности вида.

2. Для того чтобы последующие поколения живых организмов так же находились в равновесии с окружающей средой, они должны наследовать положительные признаки родителей, т.е. обладать свойством наследственности: это означает, что эти признаки должны быть закреплены на молекулярно-генетическом уровне.

3. Биологическим системам любого вида свойственна постоянная борьба за существование, неизбежность которой вытекает из противоречия между способностью организмов к неограниченному размножению и ограниченностью жизненных ресурсов. Три основные формы борьбы за существование: 1) внутривидовая, 2)межвидовая, 3)борьба с неживой природой.

4. Результатом наследственной изменчивости и борьба за существование является естественный отбор – выживание наиболее приспособленных особей. Естественный отбор сохраняет живые организмы с полезными в данных условиях среды наследственными изменениями и устраняет организмы, не имеющие этих изменений.

16. Основные уровни организации живого.

Живая природа является целостной, но неоднородной системой, которой свойственная иерархическая организация.

Молекулярно-генетический-> клеточный-> онтогенетический(организменный)-> популяционно-видовой->биогеоценотический-> биосферный-> ноосфера

Молекулярно-генетический уровень: элементарной единицей служит ген – фрагмент молекулы ДНК, в котором записан определенный в качественном и количественном отношении объем биологической информации. Элементарное явление на молекулярно-генетическом уровне заключается в процессе конвариантной редупликации, или в самовоспроизведении, с возможностью некоторых изменений в содержании закодированной в гене информации, в способности передавать хранящуюся в нем информацию внутриклеточным управляющим системам.

Клеточный уровень: клетка – элементарная единица клеточного уровня. Элементарное явление представлено реакциями клеточного метаболизма, составляющими основу потоков энергии, веществ и информации.

Онтогенетический уровень: Элементарной единицей является особь в ее развитии от момента зарождения до прекращения существования в качестве живой системы. Закономерные изменения организма в индивидуальном развитии составляют элементарное явление данного уровня.

Популяционно-видовой: Элементарной единицей уровня служит популяция-совокупность особей одного вида, населяющих определенную территорию, более или менее изолированную от соседних совокупностей того же вида. Элементарное явление на этом уровне – изменение генотипического состава популяции. В синтетической теории эволюции выделены элементарные факторы, действующие на этом уровне: мутационный процесс, популяционные волны, изоляция и естественный отбор.

Биогеоценотический уровень: элементарной единицей является биогеоценоз - динамическое и устойчивое сообщество растений, грибов, микроорганизмов и животных, находящих в постоянном взаимодействии и непосредственном контакте с компонентами атмосферы, гидросферы и литосферы. Элементарным явлением является обмен веществом, энергией и информацией между компонентами биогеоценоза, обеспечивающий их согласованное функционирование и устойчивое развитие биогеоценоза как целого.